Хроники невозможного. Фактор "Х" для русского прорыва в будущее
Шрифт:
ВЕЛИКИЙ ЭФФЕКТ МЕССБАУЭРА.
Но как создать гамма-лазер?
Как оказалось, для этого нужен прежде всего осмий- 187. Именно здесь лежит разгадка той лихорадки по поиску чистого изотопа, что охватила мир в 90-е годы. Не знал об этом Собчак в 1993-м году об этом, как и не ведали и прочие участники "осмиевой лихорадки". Именно предельно чистый 0s-187 и эффект Мессбауэра и становятся ключом к созданию гразера. Мастер, поняв это, быстро засел за литературу по гамма-лазерам.
Еще в 1958 году Рудольф Мессбауэр открыл эффект поглощения и излучения гаммаквантов в твердых телах без отдачи, буквально перевернув физику. За что и стал нобелевским лауреатом в 1961 году. Именно его эффект внушает надежду на то, что гамма-лазер возможен в принципе и рано или поздно его создадут.
Что открыл Мессбауэр? Если мы имеем много ядер того или иного элемента, то можем возбудить их с помощью потока нейтронов. То есть, переведем их на более высокий энергетический уровень, "зарядим" их, приведем, так сказать, в метастабильное состояние. Ядро поднимается со своего основного состояния на более высокий уровень. У каждого элемента есть свое метастабильное, "возбужденное" состояние и срок жизни в нем. Когда ядро атома вновь "падает" на основной уровень, то оно отдает накопленную энергию и "выстреливает" гамма-квант.
Что это дает в принципе? Если есть совокупность "возбужденных" ядер и одно из них первым начинает "падать" на основной уровень, то оно столкнет своим гамма-квантом соседнее ядро, а то - уже два других и так далее. Начнется цепная ветвящаяся реакция, в ходе которой все возбужденные, накачанные энергией ядра, почти мгновенно "пальнут" гамма-квантами. Они испустят сильное, когерентное излучение. Такое же когерентное, как и у обычных лазеров, но в данном случае - полученное из энергии атомных ядер, а не электронов. Гамма-излучение гразера!
Но на практике это пока неосуществимо. Почему? Потому, что, исторгая гамма-квант, ядро получает отдачу, - поясняет Мастер.
– Почти так же, как откатывается назад старинная пушка, изрыгнувшая снаряд. Отдача поглощает часть энергии, и потому энергия гаммакванта, вылетевшая из "падающего" ядра атома, меньше, чем та энергия, что была запасена ядром, поднятым в метастабильное состояние. Поэтому вылетающий гамма-квант не может быть резонансным. Он не в силах вызвать "падение" соседних ядер и начать цепную реакцик). Теряются так называемые резонансные условия..
То есть все атомные ядра-"орудия" не могут выстрелить в очень короткий промежуток времени. Значит, нужно каким-то образом убрать отдачу. В чем-то "закрепить" возбужденные (метастабильные) ядра, чтобы они "стреляли", но без отдачи.
Мессбауэр предложил: нужно заселить атомы нужного, возбуждаемого вещества, в кристаллическую решетку. А решетка - конструкция жесткая, в ней атомы прочно скованы ковалентными связями. Одно ядро тронешь - вся решетка вибрирует. Мессбауэр сказал: а что, если часть ядер в некоей кристаллической решетке заменить на ядра нужного нам вещества с очень высокой запасаемой энергией в местастабильном состоянии? Тогда, если мы "тронем" одно ядро и заставим его "выстрелить" гамма-квантом, отдачи не будет. Кристаллическая решетка помешает, вся масса кристалла поглотит отдачу. Ну, представьте себе пушку, сильно закрепленную в большой решетчатой конструкции. Пушка палит - и ее снаряд вылетает с большей скоростью, чем из свободно стоящего орудия, ибо отдачи нет. Ее поглотила та массивная конструкция, в которой закрепили орудие.
Ситуация напоминает человека, прицельно бросающего камень из лодки. Большую часть энергии согласно закону сохранения импульса получает легкий камень, но небольшая часть энергии броска переходит в кинетическую энергию получающей отдачу лодки. Летом лодка просто приобретет некоторое количество движения, соответствующее отдаче, и отплывет в направлении, противоположном направлению броска. Однако зимой когда озеро замерзнет, лодку будет удерживать лед, и практически вся энергия броска будет передана камню, лодке (вместе с замерзшим озером и его берегами) достанется ничтожная доля энергии броска. Таким образом, отдача будет передаваться не одной только лодке, а целому озеру, и бросок будет производиться "без отдачи"", - писал сам Мессбауэр полвека спустя после своего великого открытия.
Таким образом, надобно создать кристаллическую решетку, в которую вселены атомы нужного нам вещества. То есть, множество "пушек" в решетке. Заряди их с помощью потока нейтронов, накачай энергией - и дальше заставь выстрелить первую "пушку". Она выплюнет снаряд (гамма-квант) с той же энергией, что в ней запасена. И этот квант заставит сработать соседние "пушки", а те - соседние и так далее, в геометрической прогрессии. Причем в ничтожно малый промежуток времени. И ты получишь мощное гамма-излучение.
Каково же было изумление Виктора Петрика, когда он узнал, что Мессбауэр в своих опытах заселял в кристаллическую решетку атомы осмия! Да, не изотопа- 187, а природного осмия, но тем не менее. Мастер испытал сильнейшее возбуждение: он напал на след. Мессбауэр выбрал осмий далеко не случайно: тетроксид осмия очень хорошо проникает в другие вещества. С другой стороны, осмий отличается хорошей способностью запасать энергию.
Эффект Мессбауэра срабатывает, если испускаемого кванта при переходе ядра из метастабильного в основное состояние - не менее ста пятидесяти килоэлектрон-вольт (кэв).
Энергия гамма-кванта у ядра каждого элемента - разная, - поясняет Виктор Иванович.
– Есть 2кЭв, есть десять, но идеально для эффекта Мессбауэра - это именно 150 кэв. Тогда энергия испускаемого кванта равна накопленной ядром энергии. А теперь берите "Справочник физических величин" и ищите те ядра, которые имеют наибольшую энергию. И тут получается: "Витя, я охреневаю!": осмий- 187 имеет те самые 150 кэв.
Такую же энергию имеет и ртуть-196. А это и есть та самая "красная ртуть". Ее изотоп, а не мифическое соединение Sb207Hg2, о котором нам говорили в 1992-1995 годах, когда бушевала лихорадка "красной ртути". Изотоп ртути, а не ее соединение - вот что было настоящим объектом поисков. Для чего? Видимо, кто-то на Западе решил, что нашел самый короткий путь к гамма-лазеру. Просто в РФ этого не смогли понять.
Тайна третьего уровня
Но если Мессбауэр открыл путь к созданию гамма-лазера, то почему его до сих пор не смогли построить?
Мастер нашел ответ и на этот вопрос. И до него уже успели узнать, что мало заселить атомы осмия-187 в кристаллическую решетку. Все равно резонансные условия не возникают, ибо есть еще один фактор, который этому мешает. Какой? Магнитный момент ядер, имеющий четкий вектор направленности. Эти векторы торчат в разные стороны, "крадут" энергию и потому не происходит цепной реакции. Нужно как-то направить векторы магнитных моментов ядер-"стрелков" в одну сторону. Иначе, если векторы глядят в разные стороны, получается диполь-дипольное взаимодействие, не позволяющее добиться желаемого "залпа" гамма-квантами.